液压机运动精度控制技术专利分析与研究

张犁朦，汪 凯，汪 勇

（安徽省科学技术情报研究所，安徽 合肥 230088）

液压机运动精度控制技术专利分析与研究

张犁朦，汪 凯，汪 勇

（安徽省科学技术情报研究所，安徽 合肥 230088）

通过研究液压机运动精度控制技术领域专利数据，结合行业及技术发展现状，从研发趋势、区域布局、重点领域、技术热点、国家竞争力分布等方面进行逐一分析，对比揭示了我国通用框架式液压机运动精度控制领域的竞争态势和未来发展方向，并针对存在的问题给出意见和建议，以期为液压机产业的发展提供有价值的参考信息。

液压机；运动精度控制；专利分析；对比分析；竞争态势

液压机领域的技术起源较早，从上世纪初就有相应的专利保护申请。相比机械压力机，液压机具有总压力大、工作行程较大、工作平稳、调压/调速方便等优点，自诞生以来，发展势头强劲，专利数量呈现持续增长态势。在经历一段时间的较快发展后，由于液压机产品属于高耗能领域，在绿色加工制造理念日益主流的趋势下，上世纪七十年代后期专利申请数量开始缓慢收缩，突出体现在日本的液压机专利数量出现明显下降趋势，究其原因，一方面是液压机技术已逐渐成熟，另一方面该领域技术逐渐向绿色加工设计方向发展。21世纪初，随着中国知识产权保护意识的不断增强，以及中国汽车、造船、高铁等工业化进程的快速发展，作为重型装备制造业的关键设备，中国在液压机领域的产品及技术研发在2003年后出现大幅增加。

本文所述液压机运动精度，主要包括液压机滑块运动的位置精度和速度控制。截至2014年8月，全球公开的液压机运动精度控制领域的专利共32000余条，本文将采用上述数据样本对液压机运动精度控制领域开展专利分析，主要包括：主要技术发展态势、国家专利竞争力、主要专利申请人等。以期通过专利数据的分析研究，了解该技术领域国内外的发展情况，对我国企业的研发方向和发展战略提供参考和建议。

1 液压机运动精度控制技术发展趋势分析

由图1所示，液压机运动精度控制领域专利在近50年内处于不断上升的态势，整体上分为三个阶段：第一阶段（1964年到1990年）：本阶段的专利数量整体上增长趋势较为明显，1964年申请量不足100件，到1990年增长到八百余件；第二阶段（1991年到2005年）：在这个阶段，专利年申请量处于反复调整的状态，整体数据上并没有出现明显的变化趋势；第三阶段（2005年之后）：在这个阶段专利申请量又重新出现增长，且增长幅度较大。

图1 液压机运动精度控制全球专利发展趋势

该趋势与液压机整体发展（图2）相比，具有以下特点：

（1）液压机整体技术在第一发展阶段增长迅猛且用时较短，而控制领域的增长则相对比较平缓，增长的时段也相对较长。其原因可能是因为在该阶段液压机的机械结构出现了较大发展，通过结构改进实现液压机的更新和换代是该阶段的主要特点。

（2）液压机整体技术在第二阶段出现明显下降趋势，而控制领域在第二个阶段则没有明显变化，波动维持在一个稳定的区间。该特点反映出液压机整体发展因为结构上改进空间的逐渐缩小而趋于萎缩。而控制领域则可以与电子、通信技术进行不断融合，虽然没有出现重大技术变革，但是发展趋势可以得到维持。

图2 液压机行业全球专利发展趋势

（3）整体行业发展和控制技术领域都在2005年得到了较大的发展，这种发展和中国专利申请数量大幅攀升直接相关。

该技术领域主要的专利申请国家和地区依次是日本、中国、美国、德国、EPO、苏联、英国、韩国和法国。申请量2000件以上的国家为日本、中国、美国和德国。日本作为传统工业技术强国，专利申请量为7500件，排名第一，领先于其他国家，占总量的24.74%；中国专利有4993件，占总量的16.47%；美国专利2867件，占9.46%；德国专利2717件，占8.96%。四个国家的专利占总量的近60%。苏联的专利主要都是二十年前的，且大多数已经到期。以上这些国家或地区为液压机运动精度控制领域相关专利重点布局的区域，如果有意进入该市场，知识产权侵权风险较大。

图3 近20年主要国家专利发展趋势

从主要国家近20年专利发展趋势（图3）中可以看到，中国的公开专利在过去20年里经历了一个较为明显的上升过程。该领域技术在中国的发展可以分为两个主要的阶段：①2003年以前，基本上没有增长，专利年申请量低于100件，大多为国外的公司在华申请；②2004年以后，该领域专利数量大幅度增长，从2004年到2013年，年均增长约25.3%，这一阶段中国企业提出的专利申请占据了较大比例。2005年超过了同期日本、美国和德国的专利公开数量。专利的高速增长一定程度上和中国汽车、船舶、高铁等行业的发展关系密切。然而近两年中国申请的专利中发明专利占比相对较小，实用新型专利占比较大，创新级别有待提高。

而相比之下，德国的专利变化幅度都不是太大，基本上维持在年公开数量40～80件左右的水平，虽然在2007～2011年间有下降的趋势，专利数量上存在波动，但是变化幅度不大，整体趋势较为稳定。美国专利数量发展和德国相类似，虽然在近两年有数量上的下降，但是曲线波折幅度不明显，由此分析，在美国和德国，该技术应该已经处于相对成熟的阶段。日本作为液压机领域的传统强国，其专利公开数量在20年来下降幅度明显，从近300件/年下降到不到100件/年。说明传统液压机控制技术的研发已较为成熟，越来越多的日本企业正在寻找新的技术突破点。

2 主要专利申请人分析

如图4所示为液压机运动精度控制领域的专利申请人排序情况，全球范围内排名前十位的申请人基本上是外国企业，其中日本的企业有六家，分别是排名前三的日本AMADA（天田）、AIDA（会田）、小松，排名第六的TOYOTA（丰田），排名第八的IHI石川岛播磨重工业公司，以及排名第十的YAMADA山田公司。德国有两家公司，分别是排名第五的Schuler舒勒公司和第九的SMS-Schloeman舒路曼-斯玛公司。排名第七的是美国Minster米尼斯特机器公司。中国仅有天津市天锻压力机有限公司进入排名前十，位列第四。

图4 液压机运动精度控制全球主要申请人排名

如图5所示为中国专利主要申请人，由图可知，天津天锻的专利数量远大于本行业其他企业。在前十一位的申请人中，企业申请人占据9位，高校1位（中南大学），个人申请人1位（严培义-宁波汇众粉末制造有限公司）。从申请人区域看，长三角区域占7位，中部地区2位，京津冀1位。从中国专利整体数量的区域分布来看，该领域专利也主要集中在长三角、珠三角和京津冀这三个中国发展最快的地区。

图5 液压机运动精度控制中国专利主要申请人

3 主要技术分类研究

本节从机械、电气、泵阀和算法等四个具体的技术角度，对通用框架式液压机的运动精度控制技术的中国专利开展进一步研究。通过分析挖掘出各技术分支的发展趋势以及各技术节点上的优势企业。

图6 中国专利主要技术分支

如图6所示为通用框架式液压机领域运动精度控制的专利技术分类占比情况，其中通过机械领域的改进实现运动精度控制的专利占总数的50.32%，其次是电气领域的专利，占总数的22.34%；液压泵阀领域的专利占16.84%，控制算法的专利数量最少，仅占1.62%。

图7 主要技术分支专利发展趋势

如图7所示，四种技术分支的专利发展趋势各有特点。1999年以前，各技术分支的专利申请量都很低，且增长缓慢。2000年以后，机械领域的专利数量开始持续增长，2011年达到最高值，近两年增长趋势出现一定程度的缓和。相比之下，电气领域专利在2002年以后出现增长，2007年达到阶段性的增长平台，随后在2010年重新开始增长，且近两年增长明显。而泵阀领域的增长整体来看较为缓和，在2003年后开始出现增长趋势。值得一提的是2011年该领域专利数量获得较大幅度的提升，在随后两年出现一定程度的回调。算法领域由于涉及控制的核心方法，且该部分专利大多只能以发明专利的形式提出申请，专利数量最少。但该部分专利一般是该领域的核心技术，应该受到重视。

图8 主要公司和高校技术实力分布

通过上述分析可知，该领域的中国专利中，通过机械方式的调整和配合实现运动精度控制的专利数量最多，且增长幅度最大。分析其可能原因，一方面机械领域的技术主要涉及机械结构和连接方式的变化，技术创新起点较低；另一方面机械领域的技术创新大多申报实用新型专利，相应的研发难度较小。但由于受到技术现状的局限，创新空间较小，该领域的专利增长趋势近两年出现一定程度的缓和。而液压泵阀和电气领域的专利涉及机械、液压、电气等多学科的融合，技术创新程度稍高，创新空间较大，是日后技术发展的主要方向。

在对该技术领域的中国申请人进行分析后发现（图8），高校申请人少，且较为分散，其中中南大学在电气领域的申请较为集中。企业是该领域申请专利的主体，占总申请人的90%以上，其中机械领域专利布局较为突出的企业有扬州锻压、合肥合锻、江苏扬力；在泵阀领域布局突出的企业有合肥合锻、江苏国力；在电气领域的突出企业有江苏扬力。综合来看，目前国内公司在液压机运动精度控制领域的研发大多以机械领域的技术改进作为基础，而在泵阀和电气领域的研发方向各有侧重。

4 主要结论

（1）液压机整体技术发展逐渐收缩，但运动精度控制领域专利申请量仍在增长，该领域是液压机整体技术发展的一个增长点。液压机运动精度控制领域的专利发展情况和液压机整体的发展大致相同，区别是控制领域的专利总量并没有出现明显的数量收缩，其发展具有一定的持续性，其中在1990年以前增长趋势明显，随后经过十余年的缓慢盘整时期，在2005年重新出现较大幅度增长，主要和中国专利数量的提升关系较大。

与液压机整体发展状况相比，运动精度控制的专利数量虽然也有相应的盘整时期，但年申请量一直保持持续态势，在液压机整体专利滞缓的时期，运动精度控制专利的数量也不断提升。上述数据一方面说明该领域的技术一直在不断发展，并且在近十年随着中国专利数量的提升，短期内整体增长趋势明显。另一方面也说明该领域的技术的发展目前面临一定的瓶颈，后期需要寻找新的技术增长点。

（2）中国专利近年来发展迅速，但质量亟待提高。液压机运动精度控制技术领域50%以上的专利集中在日本、中国、美国和德国。由于上世纪主要专利集中在日本和德国，所以上述国家在该领域的技术储备较好，且进行了较为全面的专利布局。中国的专利数量虽然近年发展较快，但是起步较晚，在中国以外的市场布局较少，且有效发明专利占比较低，所以其近年来的大幅度增加并不意味着该领域技术出现实质性突破。

对外国申请人在华专利进行解读后可知，中国专利的申请人主要是中国的公司和研究机构，国外公司在中国的专利布局并不多。造成这种情况的原因，一是由于国外液压机20世纪80年代以前处于高速发展时期，但中国没有建立专利制度，二是前期外国公司对中国知识产权保护的司法环境持怀疑态度，而液压机作为机械行业的关键设备，专利的申请会带来产品的仿造，所以并没有在中国进行大规模的专利布局。随着这些专利技术在国外投入商业运行多年，今后也不大可能就这些技术在中国申请专利，这些专利在中国市场的影响不大。

中国的液压机运动精度控制技术从80年代专利制度诞生时就有相应的专利申请，但前期的发明专利主要是外国申请人提出，本国企业的专利申请到2003年才出现大规模增长。在专利的质量上，近年来中国专利的特点可以概括为“三个少”：发明专利占比少、授权发明专利近年来同比增幅较少、专利侵权诉讼少。

（3）运动精度控制领域日本申请人研发实力较强；近年来中国专利数量持续增加，重点申请人区域分布明显，但专利申请发展放缓。在主要申请人中，虽然日本公开专利数量在近些年来处于收缩态势，但在前十位的主要申请人中，日本公司有六家包括，技术实力和研发基础很强。

中国虽然专利数量较多，但全球主要申请人只有天津天锻压力机一家公司上榜，且专利申请主要集中在2003年以后，技术研发起步较晚，技术储备较为薄弱，发展时间较短，可能是造成这种现象的主要原因。在国内，专利数量及主要重点公司区域分布现象明显，大多集中在长三角、京津冀和珠三角这三个经济发展较快的地区。东北及华中地区优势不明显。申请人主要由企业构成，个人和高校占比较小。企业的研发是该技术在国内发展的主要动力，排名前十位的企业中天津天锻、江苏扬力、合肥合锻以及扬州锻压等公司的专利数量较多。

（4）精度控制技术领域中电气控制技术是未来发展重点，重点申请人技术布局各有侧重，该领域整体朝着电气化、数字化、多种结构复合的方向发展。

目前，有关液压机的液压系统和整机结构方面的研究已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。其主要发展趋势向着智能化、机电液一体化、高效率、高精度、低噪声和功能复合化等方向发展。

对通用液压机运动精度控制技术中国专利深度分析可知，机械领域的专利数量最多，且在持续大幅度增长后近两年出现一定的滞缓；电气、泵阀的专利数量比机械领域略少，但近两年发展较为明显。算法领域大多涉及控制的核心技术，专利相对较少。

5 主要建议

（1）找准技术研发方向，在电气控制领域加大研发投入。目前，液压机机械和结构的改进空间较小，在绿色节能环保的概念趋势下，将智能化、变频、伺服控制、绿色节能、复合加工等先进技术与液压机行业有效结合是技术发展的重点。

基于上述结论，我们建议：①避免在机械本体领域过多的研发投入，立足现有技术基础，加大控制算法和电气控制技术的技术研发。算法类的技术是控制的根本方法，而且大多涉及方法和模型，是区别于现有控制方法的基础性研发；而电气领域由于可以集成现有的大多数计算机、数字技术，其发展前景较好，建议进行重点布局。②努力提升发明专利的比重，增加控制方法类、控制系统和计算机程序类的专利布局，提高专利的含金量。

（2）加强合作交流，强强联合，攻关重点技术。建议企业可以与优势互补的企业和高校开展合作。结合自身技术发展特点，通过深化产学研合作、协同创新，有针对性地在未来热点领域进行技术研发，形成专利布局。从上文分析来看，高校在理论研究方面的水平较高，研发能力较强。

（3）强化知识产权保护意识，加强海外PCT专利申请。目前，我国企业大多仅开展中国专利申请，在海外进行专利布局仍较少。随着自主创新的不断深入，我们建议企业在国内布局的同时，加大PCT申请力度，尝试海外专利布局。

（4）提升专利信息利用分析能力，助力企业发展。建议企业重视专利信息的分析利用，一方面通过专利分析找准技术发展方向和研发重点；在研发环节可消化吸收先进技术，进行二次创新；另一方面监控专利风险，发现和避免专利侵权行为，为企业产品参与市场化竞争、海外布局提供更好的知识产权保护。

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Analysis and research of the motion precision control technologypatent for hydraulic press

ZHANG Limeng,WANG Kai,WANG Yong
(Anhui Provincial Institute of Scientific and Technical Information, Hefei 230088,Anhui China)

Through the study on the patent data of motion precision control technology field for hydraulic press and taking into consideration of the industry and technical development status,the aspects including the development trend,regional layout,key areas,technology hot spots,and national competitiveness distribution have been analyzed.The competition situation and the future development direction of motion precision control field for the national general frame type hydraulic press have been compared and revealed.The suggestion has been given aiming at the existing problems,which hopes to provide valuable reference information.

Hydraulic press；Motion precision control；Patent analysis；Comparative analysis；Competitive situation

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.003

1672-0121（2016）02-0019-06

2015-08-26；

2015-10-11

国家知识产权局专利信息支撑项目（2014ZC00120）

张犁朦（1982-），男，硕士，助理研究员，从事专利研究、信息检索、情报研究等